Cavi in fibra ottica, immagini di luce

I cavi in fibra ottica offrono larghezza di banda e immunità ai campi elettromagnetici, ma il loro impiego richiede alcuni accorgimenti specifici. Vediamo quali.


Massimiliano Cassinelli
Ingegnere
Esperto in Video Networking

Nella trasmissione delle immagini tra la telecamera e il sistema di visione o di registrazione, la tecnologia offre oggi tre alternative: doppini in rame, fibra ottica e wireless.
Soluzioni differenti e, per molti versi, complementari, poiché ognuna possiede peculiarità proprie, che le rendono adatte a rispondere alle esigenze di specifiche applicazioni e ambienti.
Nel caso delle connessioni fisiche, però, le differenze in termini di larghezza di banda si sono progressivamente attenuate, al punto da rendere sempre più alternativi i cablaggi in rame e quelli in fibra ottica.
A favore della fibra ottica, il vantaggio di risultare totalmente immune ai disturbi elettromagnetici.
Contemporaneamente, una struttura in fibra ottica non provoca emissioni, evitando così di disturbare altre trasmissioni, oltre ad essere costituita da materiale dielettrico, che garantisce elevati livelli di sicurezza e isolamento.
Una fibra può quindi essere inserita, senza nessun rischio, anche all'interno di canaline destinate a ospitare cavi elettrici, così come può essere installata a ridosso di qualunque apparecchiatura.
Il tutto sfruttando un diametro estremamente ridotto, grazie al quale può transitare anche in passaggi angusti.
La fibra ottica, infine, mette a disposizione una maggiore capacità trasmissiva e limitate attenuazioni.
Due peculiarità che rispondono all'esigenza, sempre più sentita dal mercato, di trasmettere immagini di alta qualità anche a distanze elevate.
A fronte di simili vantaggi - ulteriormente esaltati dal crescente costo del rame - le fibre ottiche necessitano però di un'elettronica particolare, tipicamente più costosa e di competenze installative specifiche.
Il tutto senza dimenticare che sul mercato gravano ancora le incognite del decreto attuativo relativo al Decreto Legislativo 198/210, secondo il quale - come si legge all'articolo 2 - “Gli utenti delle reti di comunicazione elettronica sono tenuti ad affidare i lavori di installazione, allacciamento, collaudo e manutenzione delle apparecchiature terminali che realizzano l'allacciamento dei terminali di telecomunicazione all'interfaccia della rete pubblica, a imprese abilitate”.

Principi base delle trasmissioni ottiche
In attesa di comprendere gli orientamenti ministeriali, per gli installatori di sicurezza è fondamentale individuare la tipologia di fibra adatta alle singole applicazioni, scegliendo sulla scorta di alcuni parametri caratteristici di ogni singolo prodotto e, in particolare, dei fattori che inducono una riduzione delle prestazioni.
Per questa ragione, è opportuno conoscere i principi che regolano il funzionamento delle trasmissioni ottiche.
Il tutto partendo dalla struttura del cavo stesso, basata essenzialmente su due strati di materiale vetroso (silice).
In quello più interno - detto “core” - transita il segnale luminoso, mentre quello esterno - detto “cladding” o “mantello” - ha il compito di “riflettere” il segnale stesso, evitando che si disperda verso l'esterno.
Questo fenomeno è reso possibile da un'attenta scelta dell'indice di rifrazione (identificato dall'acronimo R.I. o N), ovvero il rapporto tra la velocità della luce nel vuoto e nel mezzo che deve attraversare.
In particolare, nel caso dei cavi in silice - in cui la luce viaggia a 200mila km al secondo - questo rapporto vale 1,5.
Avviene così che, attraversando mezzi con indice di rifrazione diverso, la luce modifica velocità e direzione, proseguendo nel proprio cammino quasi fosse racchiusa all'interno di un canale.
L'indice di rifrazione, inoltre, assume un'importanza fondamentale nella determinazione dell'angolo critico, ovvero il corretto valore dell'inclinazione con cui la fibra ottica deve essere "illuminata".
Questo perché, per “illuminare” il cavo ottico, ovvero farlo attraversare da una serie di impulsi luminosi, che corrispondono ai bit, è necessario adottare apparecchi di generazione del segnale adatti alla caratteristica fisica della fibra utilizzata e, quindi, al suo indice di rifrazione.
Occorre ricordare, infine, che gli strati più esterni che avvolgono il cladding non hanno un impatto diretto sulle caratteristiche trasmissive, ma devono essere valutati in funzione dell'ambiente si cui si realizza l'installazione.

Quale fibra scegliere?
Un ulteriore fattore, fondamentale nella corretta scelta del cavo in fibra ottica, è rappresentato dalla sua “attenuazione”, ovvero la misura della perdita di segnale indotta nella luce che attraversa un elemento fisico.
In questo ambito è importante ricordare che all'aumentare della lunghezza d'onda del segnale luminoso, l'attenuazione decresce proporzionalmente.
La conseguenza immediata di un simile principio fisico è rappresentata dal fatto che utilizzando frequenze minori si ottengono risultati migliori dal punto di vista della perdita del segnale.
Per tale ragione, i sistemi di illuminazione che operano con lunghezze d'onda pari a 1.300 nm hanno un'attenuazione significativamente minore rispetto a quelli che funzionano a 850 nm, due valori che corrispondono alle cosiddette “finestre di trasmissione”, in cui il segnale può essere trasmesso al meglio.
Questa caratteristica è emblematica del fatto che, per ottenere prestazioni elevate, vengono scelti illuminatori laser che, rispetto ai più economici sistemi LED, garantiscono anche la possibilità di indirizzare la luce in modo ottimale.
In fase di analisi non possiamo, infine, dimenticare la dispersione cromatica, ovvero il fatto che i singoli colori, proprio perché caratterizzati da frequenze differenti, non viaggiano alla medesima velocità all'interno di un mezzo fisico.
Per questo, i diodi laser, essendo caratterizzati da una linea d'onda particolarmente stretta, prevengono anche il rischio di possibili errori di trasmissione.
Sulla scorta di simili considerazioni, è possibile distinguere due principali famiglie di fibre:

- monomodali
- multimodali

Le prime, in particolare, sono caratterizzate da diametri di dimensioni particolarmente ridotte (tipicamente comprese fra 9 e 125 micrometri, dove la prima cifra è riferita al core e la seconda al cladding) e vengono impiegate per applicazioni sulle lunghe distanze.
La loro attenuazione risulta, infatti, particolarmente bassa.
Di contro, le fibre multimodali (50/125 o 62.5/125 micrometri) si rivelano adatte per la trasmissione dei dati su distanze che, tipicamente, non superano i 2 km, anche se offrono il vantaggio di garantire un'elevata larghezza di banda.

Quali connettori ottici impiegare?
Se la scelta del tipo di cavo da utilizzare può rivelarsi relativamente semplice, ben più complessa è la decisione relativa ai connettori ottici da impiegare, indispensabili per collegare tra loro due tratte di fibra.
Il mercato offre, infatti, sistemi basati su tecnologie differenti: incollaggio con resine (pot and polish), sistemi a crimpare (crimp and clave), incollaggio a caldo (hot melt), incollaggio a freddo (cold cure) e splicing.
La corretta scelta del connettore o del metodo di giunzione assume un'importanza fondamentale nelle trasmissioni in fibra ottica, poiché anche minime imperfezioni possono provocare una drastica riduzione della qualità del segnale trasmesso.
L'errore da evitare in assoluto è ovviamente quello di collegare tra loro cavi caratterizzati da un differente diametro del core, in quanto la luce non può transitare in modo corretto attraverso due strutture di larghezza differente.
Una connessione non perfetta può inoltre provocare la separazione delle due teste, ovvero il non perfetto contatto tra gli spezzoni di cavo.
In questo caso, lo spazio disponibile viene occupato dall'aria che, essendo caratterizzata da un differente indice di rifrazione, induce la dispersione del segnale ottico stesso.
Infine, è fondamentale che un connettore di tipo ottico garantisca il perfetto allineamento laterale e angolare tra due tratti di fibra, i quali devono risultare perfettamente in asse tra loro, andando così a realizzare una sorta di continuità.
L'offerta di connettori disponibili sul mercato risulta particolarmente ricca e variegata.
Per questa ragione, in fase di scelta un installatore deve sapersi orientare, di volta in volta, in funzione delle proprie specifiche esigenze, in base alle peculiarità dell'applicazione che realizza, ma anche della posizione in cui sarà chiamato a operare.

Un investimento da proteggere
Proprio la peculiarità di ogni singola installazione e l'incertezza sull'evoluzione tecnologica futura rappresentano spesso un fattore di insicurezza.
La fibra ottica, del resto, è sempre stata proposta come una soluzione ideale per proteggere l'investimento sul lungo periodo.
In realtà, alla luce dei recenti standard, alcuni cavi ottici posati in passato si sono rivelati inadeguati, vanificando così l'investimento e inducendo un certo scetticismo tra gli utenti nei confronti degli stessi fornitori.
Questa situazione ha portato ulteriori fattori di instabilità in un mercato già di per sé non particolarmente brillante.
Anche per questa ragione, oltre che per le difficoltà pratiche da affrontare nel trattare la fibra, che spesso “spaventano” gli installatori meno esperti, la fibra ottica non ha sinora ottenuto il successo auspicato dai produttori.
Non possiamo poi dimenticare che, complici i progressi delle trasmissioni su doppino in rame in termini di larghezza di banda, le infrastrutture in fibra ottica possono rivelarsi attualmente sovradimensionate rispetto alle esigenze reali dell'utenza.
Il cablaggio fisico rappresenta l'elemento che, in un impianto di videosorveglianza, è destinato a rimanere installato per più tempo e una sua sostituzione porta, oltre a esborsi economici, anche notevoli disagi per gli utenti.
Diventa, quindi, fondamentale che un installatore di sicurezza impari a valutare e installare anche le differenti tipologie di fibra, così da poter realizzare reti trasmissive in grado di rispondere alle esigenze attuali, ma anche a quelle del prossimo decennio.

Attenti gli sforzi a trazione
Chi proviene dal mondo elettrico, è abituato ad applicare una forza relativamente elevata ai cavi che sta installando, ben sapendo che questi possono sopportare agevolmente gli sforzi a trazione.
Completamente diverso è quanto accade con i cavi in fibra ottica, il cui limite di trazione viene indicato sui singoli datasheet.
Tali documenti, che devono essere necessariamente allegati a ogni singola fornitura, vengono abitualmente cestinati ancor prima di essere letti.
In realtà, tirando eccessivamente i cavi o, ancor peggio, applicando degli strappi, si possono creare fratture, con effetti negativi sulle prestazioni.
Per tale ragione, è necessario comprendere, sin dal sopralluogo, quali saranno i possibili punti problematici, trovando soluzioni adeguate.
È inoltre importante ricordare che esistono strumenti specifici in grado di regolare la forza di trazione applicata a ogni singolo cavo, così come sono disponibili speciali argani che permettono di trainare il cavo all'interno delle condotte in modo regolare.
Si tratta di tool che hanno un costo non indifferente, ma che permettono di lavorare al meglio e di ridurre i costi totali di un'installazione.
In questo ambito, in particolare, è necessario riflettere sui lubrificanti, che aiutano le operazioni di trazione riducendo l'attrito dei cavi stessi.
I prodotti utilizzati devono contenenti soluzioni di tipo vegetale e non organico, che potrebbero danneggiare le guaine dei cavi stessi.
Ad ogni buon conto, è opportuno non tirare mai i cavi per più di 30 m e, come suggeriscono le normative, non effettuare questa operazione quando dal punto di ingresso e quello di trazione ci sono più di due curve a 90 gradi.
Gli accorgimenti per realizzare, con successo, un cablaggio di elevata qualità sono quindi relativamente semplici, ma è necessario adottare un approccio realmente industriale, modificando una convinzione secondo la quale l'installazione può essere realizzata da chiunque.

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